1. CARACTERÍSTICAS. LA PILA DE COSAS EL ORIGEN: LA PILA VOLTAICA. La batería de Bagdad

Transcripción

1 PILAS 1. CARACTERÍSTICAS. LA PILA DE COSAS Las pilas y las baterías además de ser muy útiles en nuestros hogares, forman parte del equipaje que todo trotamundos lleva durante sus desplazamientos. Están en todos los aparatos portátiles (de suministro energético autónomo) que nos rodean! Mandos a distancia, calculadoras, relojes, juguetes, ordenadores, teléfonos móviles, cámaras digitales, linternas y un sinfín de artilugios más se alimentan con estas pequeñas fuentes de energía que proporcionan autonomía con respecto a la red eléctrica. La historia de la pila eléctrica y el desarrollo de los aparatos eléctricos y electrónicos portátiles van de la mano. EL ORIGEN: LA PILA VOLTAICA Fue Alessandro Volta, a finales del siglo XVIII, el creador de la primera pila capaz de conseguir una corriente eléctrica mantenida en el tiempo, la pila voltaica. Lo que hizo Volta fuela idea de Volta consistió en apilar pares de discos de zinc y cobre separados entre sí por unos discos de cartón humedecidos en una solución salina. Sin embargo, no fue hasta un siglo después cuando apareció la primera pila seca comercializada en los Estados Unidos, fabricada por la National Carbon Company. Desde entonces y hasta la actualidad, la evolución de la pila ha sido constante. Fue a mediados del siglo XX, cuando la mayor parte del mundo dejó de dar cuerda a sus relojes al poner en el mercado la compañía cuando el fabricante Eveready la primera pila de botón. También por esas fechas se desarrolló comercialmente la primera pila alcalina cilíndrica que revolucionaría el mundo de la energía portátil. Este tipo de pilas conseguían suministrar suficiente energía para hacer funcionar de manera autónoma, entre otras cosas, radios, radiocasetes y juguetes con movimientos, luces y sonidos. Con la introducción de las baterías de litio, a finales del siglo XX, se abrió todo un mundo nuevo en la energía de larga duración para los aparatos de alta tecnología que van desde cámaras digitales a reproductores mp3mp3, y ordenadores portátiles. La batería de Bagdad En 1938 un equipo de arqueólogos descubrió en Iraq lo que algunos creen que podría haber sido la primera batería de la historia conocida hasta la fecha. Fue fechada hace unos años y se trataba de una vasija cerámica que contiene en su interior un cilindro de cobre encajado en una barra de hierro. Cuando se procedió a introducir introdujo en su interior zumo de limón o vinagre, a modo de electrolito, se vio que se comportaba de forma similar a la de una pila eléctrica moderna.

2 UN MONTÓN DE PILAS DOMÉSTICAS Existe una gran variedad de pilas de uso doméstico en el mercado y podemos clasificarlas siguiendo diferentes criterios. Atendiendo a la forma podemos encontrar: pilas cilíndricas, rectangulares y de botón, de diferentes tamaños. Según su ciclo de vida, también podemos agruparlas en dos categorías: Las pilas de un solo uso o pilas primarias, tienen un único ciclo de vida y que se deben reemplazar una vez que se agotan. Las pilas recargables o pilas secundarias (también llamadas baterías o acumuladores), se pueden recargar cuando se agotan y por lo tanto, son reutilizables usarlas en múltiples ocasiones. En función de su composición química, algunos de los tipos más comunes son: Botón: mercurio, litio, oxido de manganeso, oxido de plata, zinc-aire. Pilas estándar: alcalinas o de manganeso, zinc-carbono, litio. Recargables: níquel-cadmio, níquel-metal hidruro, litio, plomo-ácido. PARTES DE UNA PILA (pila estándar o alcalina) Aunque hay distintos tipos de pilas de las llamadas estándar, todas ellas tienen los mismos componentes básicos: Carcasa. Es un revestimiento de acero que aloja los diferentes ingredientes que forman la pila. Cátodo. Es una mezcla de dióxido de manganeso y carbono. Es el electrodo que se reduce en la reacción química. Separador. Es un tejido fibroso que separa el cátodo del ánodo. 4 Ánodo. Está compuesto por zinc en polvo y es el electrodo que se oxida en la reacción química. 5 Electrolito. Es una solución de hidróxido de potasio en agua. Proporciona el medio adecuado para el movimiento de los iones dentro de la pila. 6 Colector. Es una especie de alfiler de bronce en el medio de la pila que conduce la electricidad al circuito exterior. ALGUNA VEZ TE HAS PREGUNTADO COMO FUNCIONA UNA PILA? LAS PILAS PRODUCEN ENERGIA POR MEDIO DE UNA REACCIÓN QUÍMICA. Puedes pensar en una pila como una mini planta miniplanta de generación de energía que convierte una reacción química en energía eléctrica. La reacción química comienza cuando se inserta la pila en un aparato y se completa el circuito. Cuando la pila está funcionando, el zinc presente en el ánodo cede electrones en un proceso llamado oxidación. Los electrones abandonan los átomos de zinc y fluyen hacia ael colector de la pila y hacia el circuito externo, generando electricidad. Después de que los electrones cierren el circuito, vuelven a entrar en la pila por el cátodo y se combinan con el dióxido de manganeso (que tienen tendencia a acumular electrones) en un proceso llamado reducción. El electrolito es una solución de hidróxido de potasio, un material no metálico que conduce la electricidad, y permite que ocurran las reacciones de oxidación y reducción. La interacción entre el zinc y el electrolito genera sustancias que van disminuyendo el voltaje de la pila. Al mismo tiempo, el dióxido de manganeso se va agotando volviéndose cada vez menos activo. Estos factores combinados hacen que gradualmente la carga de la pila se agote. REFERENCIAS: foto: juntadeandalucia

3 PILAS 2. RECICLAJE PEQUEÑAS PERO MATONAS Las pilas y baterías usadas son unos de los residuos más contaminantes que generamos. El consumo de pilas en España se sitúa en más de 500 millones de unidades al año. Hay una amplia variedad de composiciones, pero en su interior podemos encontrar metales pesados como mercurio, níquel y cadmio, en distintas proporciones. Los metales pesados son potencialmente muy nocivos tanto para la salud de las personas como para el medioambiente. Mientras las pilas están en uso, estos materiales no constituyen ningún peligro ya que están eficazmente aislados en su interior. Sin embargo, al final de su vida útil, y con el paso del tiempo, se puede producir la corrosión de la carcasa protectora y la liberación de sus componentes internos (electrolitos y metales pesados). La acción climática, el proceso de descomposición natural de los materiales y los propios componentes de la pila, hacen que poco a poco se dañe esta cubierta metálica protectora. Si no son gestionadas correctamente, los metales pesados que contienen contaminan suelos y aguas y se pueden acumular en la cadena trófica con fatales consecuencias para los ecosistemas e incluso para los seres humanos. Las pilas son las principales responsables de los metales pesados presentes en la basura: 93% del mercurio, 47% del zinc, 48% del cadmio, 22% del níquel. Sabías que las pilas botón, a pesar de su reducido tamaño, son las más contaminantes por llevar altas concentraciones de mercurio en su interior? Este tipo de pilas se usan en relojes, calculadoras, etc. UNA SOLA PILA BOTÓN ARROJADA EN LA NATURALEZA PUEDE LLEGAR A CONTAMINAR HASTA LITROS DE AGUA (MÁS O MENOS: EL AGUA QUE CONSUMEN DURANTE TODA SU VIDA 30 PERSONAS). En el mismo estado de vertido descontrolado, - una pila alcalina podría llegar a contaminar litros, el agua que consumen 6 personas a lo largo de toda su vida; - una pila de óxido de plata, litros de agua; - una pila de zinc-aire, litros de agua; - y una pila de zinc-carbono, litros de agua. EL PROCESO DE RECICLAJE Reciclando no solo evitamos la contaminación que originan estos residuos al liberar metales pesados al medioambiente, también reducimos la extracción de nuevas materias primas preservando los recursos naturales y reducimos el alto consumo energético y la contaminación que provoca la transformación de nuevas materias primas en productos finales. ECOPILAS, la fundación para la gestión medioambiental de pilas y baterías. Fue creada en el año 2000 con el objetivo principal de reducir el impacto medioambiental originado por las pilas y baterías usadas. Actualmente cuenta con más de 500 empresas adheridas (productores y comercializadores) de manera que es el propio sector quien se hace responsable de la gestión de los residuos derivados de sus productos una vez llegados al final de su vida útil. La Gestión Ambiental de estos residuos se realiza a través de un sistema de recogida selectiva y reciclaje. La Fundación recoge y recicla todo tipo de pilas, acumuladores y baterías, independientemente de su forma, volumen, peso, composición o uso (pilas botón, pilas estándar, baterías portátiles, industriales, etc.).

4 En la planta de tratamiento final, el mercurio se separa de otros metales y el resto de materiales que constituyen las pilas son recuperados mediante un proceso de trituración mecánica donde se obtiene escoria férrica y no férrica, plástico y polvo de pila. Las tres primeras fracciones se valorizan directamente, mientras que el polvo de pila sigue varios procesos para recuperar los metales que contiene. Con el reciclaje, el porcentaje de materiales recuperados oscila entre el 50 y el 75 % del total en función del tipo de pila o batería: 65% en acumuladores de plomo-ácido 75% en pilas y acumuladores de níquel-cadmio 50% en el resto de pilas Durante el año 2010 ECOPILAS recogió kg de pilas usadas. El objetivo de ECOPILAS es llegar a recoger en el año 2015 el 45 % de las pilas puestas en el mercado. RECYPILAS, S.A es otra empresa que actúa en nuestro país y que garantiza un adecuado tratamiento de este tipo de residuos según la normativa vigente. recopilador LAS PILAS USADAS QUE LLEGAN A LAS INSTALACIONES DE COGERSA SE ENTREGAN A LA FUNDACIÓN ECOPILAS Y A RECYPILAS. QUÉ HACER CON TUS PILAS USADAS? Nunca debemos tirar las pilas usadas con el resto de la basura o, lo que es aún peor, arrojarlas sin control. Si estás leyendo esta ficha probablemente sea porque tu centro educativo pertenece a la RER (Red de Escuelas por el Reciclaje). COGERSA pone a disposición de cada centro educativo de la RER una caja-contenedor para el depósito de pilas y baterías usadas, ya tienes localizada la tuya?... El vaciado de este contenedor correrá a cargo de COGERSA cuando el centro avise de su llenado. Para que tus pilas usadas puedan ser recicladas, otro recipiente en el que las puedes depositar es el RECOPILADOR, un gracioso personaje que hace las veces de contenedor y que podemos encontrar en muchos centros educativos, centros públicos, comercios y puntos limpios de toda España. Si entras en la página web de ECOPILAS podrás localizar el RECOPILADOR más cercano a tu casa, hay alrededor de repartidos por todo el país. El 92% de las pilas que aparecen en un recopilador suelen ser pilas salinas-alcalinas, y el otro 8% restante corresponde a los demás tipos de pilas disponibles en el mercado. CAMBIA TUS HÁBITOS, CONSUME DE MANERA AMBIENTALMENTE RESPONSABLE La REUTILIZACIÓN (las pilas recargables pueden ser utilizadas hasta veces) y la REDUCCIÓN o SUSTITUCIÓN (calculadoras solares, linternas mecánicas, etc.) son opciones más eficaces que el RECICLAJE. Reduce el consumo de pilas, la energía que producen es 450 veces más cara que la de la red eléctrica y son una gran fuente de contaminación por su contenido en plomo, cadmio, mercurio o litio. Elige productos que funcionen con energías alternativas o que se puedan conectar a la red eléctrica (más eficiente desde el punto de vista energético). Utiliza preferentemente pilas recargables. Si vas a usar pilas de un solo uso, elige las de bajo o nulo contenido en mercurio y de larga duración. No mezcles las pilas viejas con las nuevas. Se reduce la vida media de ambas. Cuando un aparato a pilas va a pasar largos periodos de tiempo sin funcionar, saca las pilas. Evitarás la corrosión de la pila y posibles daños en el aparato. REFERENCIAS: ResiduosDom%C3%A9stAdultos.pdf

5 PILAS 3. PRODUCTOS RECICLADOS CUANDO LA PILA ESTÁ BAJA, UN ALTO EN EL CAMINO La ONG argentina Ecovolta a través del trabajo de varios años del investigador Luis J. Alamprese ha desarrollado un material realizado con pilas usadas: el dobleblok. Su fabricación requiere de cuatro procesos: 1. Deshidratación 2. Termosellado 3. Termofusión 4. Termocompresión Finalmente se recubre con arcilla y cemento especial para darle forma de prisma. El dobleblok es hidrófugo por lo que es seguro para el medioambiente y además es 100 veces más fuerte que un ladrillo común. Con este material se elaboran bancos para espacios públicos, hoteles, hospitales, escuelas Cada uno de estos bancos puede contener hasta pilas recicladas! UN MANDO A DISTANCIA SIN PILAS? Para cuando en nuestros hogares A estas alturas ya sabrás que las pilas son altamente perjudiciales para el medioambiente, si no son gestionadas correctamente. Incluso las pilas recargables tienen una vida limitada y acaban convirtiéndose en un residuo peligroso. Por ello la opción más ecológica es sustituir el uso de las pilas por otras fuentes de energía menos contaminantes. Desgraciadamente las pilas hacen funcionar muchos de los artilugios que hacen nuestra vida mucho más confortable, como el mando a distancia de nuestro televisor. Y la idea de levantarnos del sofá o salir de la cama para cambiar el canal o regular el volumen no es muy apetecible, verdad? Por todo esto, ingenieros de las firmas NEC y Soundpower han desarrollado un mando a distancia que funciona sin pilas. El secreto de su dispositivo está en un generador especial que genera energía usando la vibración creada en el momento de apretar el botón. Hasta la fecha se trata solamente de un prototipo pero, quién sabe si lo veremos pronto en el mercado? Existen otros modelos que básicamente lo que hacen es sustituir las pilas por una rueda en el mando que actúa a modo de dinamo. Como sucedía con los relojes a cuerda de nuestros abuelos, con solo unos pocos giros tendremos energía suficiente para hacer funcionar el control remoto con el que manejamos nuestra televisión.

6 UNA LÁMPARA QUE FUNCIONA CON PILAS USADAS? Una buena solución para aprovechar totalmente la energía contenida en una pila alcalina gastada y que ya no podemos utilizar más es la Energy Seed. Es una lámpara de pie alimentada por pilas alcalinas que han llegado al final de su vida útil pero que, sin embargo, todavía contienen algo de carga energética residual. La idea es animar a la gente a depositar sus pilas usadas dentro de la ENERGY SEED ya que su base tiene ranuras para casi todos los tamaños de pila. El sistema aprovecha la carga residual presente en las pilas usadas para iluminar un anillo LED de alta eficiencia. Por supuesto, una vez que el contenedor de la Energy Seed está lleno, las pilas completamente gastadas han de ser recogidas para su adecuado reciclado. A LA CARGAAAA! Si tu elección son las pilas recargables, debes saber que puedes adquirir cargadores que utilizan fuentes de energía alternativa de lo más variadas. Son una opción mucho más ecológica y resultan muy útiles si te encuentras en un lugar donde no hay enchufes a tú alrededor: Roll charger. Transforma la energía mecánica en electricidad y consiste en dos bolas donde se colocan las pilas. Cuando las bolas giran en la palma de la mano se genera electricidad que carga las pilas del interior. Pilas recargables con manivela. Este diseño permite recargar la pila gracias a la energía que se genera al hacer girar la manivela. Su creador afirma que con 20 minutos de esfuerzo se puede cargar una pila, tendrás suficiente paciencia? Cargadores híbridos Son capaces de aprovechar la energía del viento, del sol y de la propia red eléctrica. Cargadores solares Es sencillo: pon tus pilas a broncear! USBCELL Unas pilas recargables a través del puerto USB de un ordenador, curiosas no? Y cuando la pila ya no se pueda recargar más veces, se puede devolver al fabricante para que se encargue de su reciclado.

7 PILAS 4. INVESTIGANDO NUESTROS RESIDUOS ACTIVIDAD PARA EDUCACIÓN PRIMARIA: La pila de Volta Te gustaría sentirte como el inventor de la pila voltaica? A finales del siglo XVIII, Alessandro Volta creó la primera pila de la historia siguiendo el mismo procedimiento que te mostramos a continuación. MATERIALES 10 monedas de cobre del mismo tamaño, vaso con agua, sal, cuchara, papel de aluminio, papel absorbente, dos cables de cobre, cinta aislante y tijeras. PROCEDIMIENTO 1. Corta 10 círculos de papel de aluminio y otros 10 de papel absorbente con un tamaño equivalente al diámetro de las monedas. 2. Disuelve 10 cucharadas de sal en el vaso de agua y agítalo. 3. Sumerge en el agua con sal cada uno de los círculos de papel absorbente. 4. En una superficie plana, alterna los siguientes materiales: moneda-papel absorbente-papel de aluminio. Este conjunto forma una pila. 5. Sigue apilando materiales, unos encima de otros, siguiendo el orden anterior. Asegúrate que el último elemento es un círculo de papel de aluminio. Este conjunto de pilas forman una batería. 6. Pela los extremos de los cables. Une uno a la parte superior y otro a la parte inferior de la batería con cinta aislante. 7. Apaga las luces y une los extremos libres de los cables. Verás cómo se produce una pequeña chispa indicadora de la presencia de electricidad. A mayor número de capas, mayor voltaje de pila. Prueba a enchufar los cables a un pequeño LED... Haz la prueba: será suficiente voltaje para que se ilumine?

8 ACTIVIDAD PARA EDUCACIÓN INFANTIL: Una pila muy especial Las pilas usadas son residuos muy peligrosos para la naturaleza. Qué te parecería fabricar con tus propias manos una pila que no contamina? MATERIALES Un vaso con vinagre, un sacapuntas de magnesio (metálico), 2 cables de cobre y un LED o un timbre de una tarjeta de felicitación. PROCEDIMIENTO 1. Has de pelar los extremos del cable. 2. Coge el primer cable y une uno de los extremos al LED y con el otro extremo haz un lazo. 3. Coge el segundo cable y une uno de sus extremos al LED y el otro, al sacapuntas. 4. Introduce el lazo en el vaso con vinagre. 5. Finalmente, introduce el sacapuntas en el vaso con vinagre y observa lo que sucede... ACTIVIDAD PARA EDUCACIÓN SECUNDARIA: La pila que dura, dura y dura... Vamos a imitar el funcionamiento de una pila salina para crear nuestra propia pila casera ecológica y de larguísima duración. MATERIALES Una botella de agua con sal (con dos cucharadas por litro es suficiente), tres recipientes de vidrio o plástico, tres trozos de tubería de cobre, tres trozos de tubería de PVC (de diámetro menor a los de tubería de cobre), tres piezas de cinc, motor de 3V (puedes emplear el de un juguete, un reproductor de DVD o un aparato similar) y cables de conexión. PROCEDIMIENTO 1. En cada recipiente coloca un trozo de tubería de cobre y dentro de este, un trozo de tubería de PVC. 2. En cada trozo de tubería de PVC coloca una pieza de cinc. La función del PVC es evitar el contacto entre el cobre y el cinc. Cada recipiente sería una pila. 3. Ahora vamos a unir todo el conjunto con los cables de conexión para crear una batería. Para ello, une la pieza de cinc del primer recipiente con el cobre del segundo. Luego une el cinc del segundo recipiente con el cobre del tercero. 4. Quedan libres el electrodo de cobre del primer recipiente (polo positivo) y el electrodo de cinc del tercer recipiente (polo negativo). Conecta ahora cada polo con los bornes del motor y espera a ver qué pasa Pues claro que no pasa nada! Te falta por añadir el electrolito (agua con sal) en los tres recipientes que permita que se ponga en marcha toda la reacción.